광음향 이미징의 원리

광음향 이미징의 원리

PAI(Photoacoustic Imaging)는 의료 영상 기술입니다.광학상호작용을 이용하여 초음파 신호를 생성하는 음향학빛고해상도 조직 이미지를 얻기 위해 조직을 사용합니다. 이는 생물의학 분야, 특히 종양 검출, 혈관 영상, 피부 영상 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

원칙:
1. 빛 흡수 및 열팽창: – 광음향 이미징은 빛 흡수에 의해 생성되는 열 효과를 사용합니다. 조직의 색소 분자(예: 헤모글로빈, 멜라닌)는 광자(보통 근적외선)를 흡수하여 열 에너지로 변환되어 국소 온도를 상승시킵니다.
2. 열팽창으로 인해 초음파가 발생합니다. – 온도가 상승하면 조직의 미세한 열팽창이 발생하여 압력파(예: 초음파)가 생성됩니다.
3. 초음파 감지: – 생성된 초음파는 조직 내에서 전파되며, 이러한 신호는 초음파 센서(초음파 프로브 등)에 의해 수신 및 기록됩니다.
4. 이미지 재구성: 수집된 초음파 신호를 계산하고 처리하여 조직의 구조와 기능 이미지를 재구성하여 조직의 광학적 흡수 특성을 제공할 수 있습니다. 광음향 이미징의 장점: 고대비: 광음향 이미징은 조직의 빛 흡수 특성에 의존하며, 다양한 조직(예: 혈액, 지방, 근육 등)은 빛을 흡수하는 능력이 다르므로 고대비 이미지를 제공할 수 있습니다. 고해상도: 초음파의 높은 공간 해상도를 사용하여 광음향 이미징은 밀리미터 또는 심지어 밀리미터 미만의 이미징 정확도를 달성할 수 있습니다. 비침습적: 광음향 이미징은 비침습적이며 빛과 소리는 조직 손상을 일으키지 않으므로 인간의 의료 진단에 매우 적합합니다. 깊이 이미징 기능: 기존 광학 이미징과 비교하여 광음향 이미징은 피부 아래 수 센티미터를 관통할 수 있어 심부 조직 이미징에 적합합니다.

애플리케이션:
1. 혈관 영상: – 광음향 영상은 혈액 내 헤모글로빈의 빛을 흡수하는 특성을 감지할 수 있으므로 미세순환 모니터링 및 질병 판단을 위해 혈관의 구조와 산소화 상태를 정확하게 표시할 수 있습니다.
2. 종양 탐지: – 종양 조직의 혈관 신생은 일반적으로 매우 풍부하며 광음향 영상은 혈관 구조의 이상을 탐지하여 종양의 조기 발견에 도움이 될 수 있습니다.
3. 기능적 영상: – 광음향 영상은 조직 내 산소화 및 탈산소헤모글로빈 농도를 감지하여 조직의 산소 공급을 평가할 수 있으며, 이는 암 및 심혈관 질환과 같은 질병의 기능적 모니터링에 매우 중요합니다.
4. 피부 영상: – 광음향 영상은 표면 조직에 매우 민감하기 때문에 피부암의 조기 발견 및 피부 이상 분석에 적합합니다.
5. 뇌 영상: 광음향 영상은 뇌졸중, 간질과 같은 뇌 질환 연구를 위해 비침습적 방식으로 뇌 혈류 정보를 얻을 수 있습니다.

광음향 이미징의 과제와 개발 방향:
광원선택: 서로 다른 파장의 빛 침투가 다르기 때문에 올바른 파장 균형 분해능과 침투 깊이를 선택하는 방법이 어렵습니다. 신호 처리: 초음파 신호의 획득 및 처리에는 빠르고 정확한 알고리즘이 필요하며, 영상 재구성 기술의 개발도 중요합니다. 다중 모드 영상: 광음향 영상은 다른 영상 기법(예: MRI, CT, 초음파 영상)과 결합하여 보다 포괄적인 생체 의학 정보를 제공할 수 있습니다.

광음향 이미징은 고대비, 고해상도 및 비침습적 특성을 지닌 새로운 다기능 생체의학 이미징 기술입니다. 기술의 발전으로 광음향 이미징은 의료 진단, 기초 생물학 연구, 약물 개발 및 기타 분야에서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다.